Unerwartete Ähnlichkeit zwischen der Honigbiene und dem menschlichen Sozialleben entdeckt.

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Bienen und Menschen sind ungefähr so unterschiedliche Organismen, wie man sich vorstellen kann. Doch trotz ihrer vielen Unterschiede sind in den letzten Jahren überraschende Ähnlichkeiten in der Art und Weise, wie sie sozial interagieren, zu erkennen. Nun hat ein Forscherteam an der University of Illinois Urbana-Champaign, aufbauend auf ihren früheren Studien, die sozialen Netzwerke der Honigbienen und ihre Entwicklung im Laufe der Zeit experimentell gemessen. Sie entdeckten, dass es detaillierte Ähnlichkeiten mit den sozialen Netzwerken des Menschen gibt und dass diese Ähnlichkeiten vollständig durch eine neue theoretische Modellierung erklärt werden können, die die Werkzeuge der statistischen Physik für die Biologie adaptiert. Die Theorie, die in Experimenten bestätigt wurde, impliziert, dass es individuelle Unterschiede zwischen Honigbienen gibt, so wie es auch zwischen Menschen gibt.

Die Studie, die zum ersten Mal das Ausmaß der individuellen Unterschiede bei der Vernetzung von Honigbienen misst, wurde von dem Erstautor Sang Hyun Choi, Doktorand der Physik, den Postdocs Vikyath D. Rao, Adam R. Hamilton und Tim Gernat, dem Swanlund Chair of Physics Nigel Goldenfeld (BCXT-Leiter/GNDP) und dem Swanlund Chair of Entomology und IGB-Direktor Gene E. Robinson (GNDP) durchgeführt. Die Zusammenarbeit umfasste experimentelle Messungen des Sozialverhaltens von Honigbienen, die von Hamilton, Gernat und Robinson durchgeführt wurden, mit Datenanalyse durch Rao und theoretischer Modellierung und Interpretation durch Choi und Goldenfeld. Ihre Ergebnisse wurden kürzlich in einem Artikel in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Science veröffentlicht.

“Ursprünglich wollten wir die Honigbiene als bequemes soziales Insekt einsetzen, um Wege zu finden, komplexe Gesellschaften zu messen und über sie nachzudenken”, sagte Goldenfeld. “Vor einigen Jahren arbeiteten Gene, Tim, Vikyath und ich gemeinsam an einem großen Projekt, bei dem Bienen mit “Strichcodes” versehen wurden, so dass wir automatisch überwachen konnten, wo immer sie sich im Bienenstock aufhielten, in jede Richtung, in die sie zeigten, und jeden Interaktionspartner. Auf diese Weise konnten wir mit der Zeit ein soziales Netzwerk aufbauen, etwas, das als “zeitliches Netzwerk” bezeichnet wird.

Diese Studie, die vor einigen Jahren durchgeführt wurde, umfasste hochauflösende Bilder von Honigbienen mit Strichcode, wobei Algorithmen Interaktionsereignisse erkennen, indem sie die Position und Orientierung der Bienen in den Bildern abbilden. In diesen Studien konzentrierten sich die Forscher bei der Messung der sozialen Interaktionen zwischen Honigbienen auf die Trophallaxe – den Akt der Mund-zu-Mund-Flüssigkeitsübertragung von Nahrung -. Die Trophallaxe wird nicht nur zur Fütterung, sondern auch zur Kommunikation verwendet, was sie zu einem Modellsystem für die Untersuchung sozialer Interaktionen macht.

“Wir haben uns für die Trophallaxe entschieden, weil es die Art der sozialen Interaktion zwischen Honigbienen ist, die wir genau verfolgen können”, sagte Choi. “Da die Honigbienen während der Trophallaxe durch Rüsselkontakt physisch miteinander verbunden sind, können wir sagen, ob sie tatsächlich an einer Interaktion teilnehmen oder nicht. Darüber hinaus wird jede Honigbiene markiert, so dass wir jedes Individuum identifizieren können, das an jedem Interaktionsereignis beteiligt ist”.

“In unserer früheren Arbeit fragten wir, wie lange Bienen zwischen den Ereignissen verbringen, bei denen sie andere Bienen treffen, und wir zeigten, dass sie auf uneinheitliche Weise interagieren”, sagte Goldenfeld. “Sang Hyun und ich nahmen denselben Datensatz, stellten aber jetzt eine andere Frage:  Was ist mit der Dauer der Interaktionsereignisse, nicht mit der Zeit zwischen den Interaktionen?

Bei der Betrachtung der einzelnen Interaktionen variierte die verbrachte Zeit von kurzen Interaktionen bis hin zu langen Interaktionen. Auf der Grundlage dieser Beobachtungen entwickelte Choi eine Theorie, in der Bienen eine individuelle Attraktivitätseigenschaft aufwiesen, die mit menschlicher Interaktion verglichen werden konnte. Menschen könnten es zum Beispiel vorziehen, mit Freunden oder Familienmitgliedern statt mit Fremden zu interagieren.

“Wir entwickelten dafür eine Theorie, die auf einer sehr einfachen Idee beruht: Wenn eine Biene mit einer anderen Biene interagiert, kann man sich das als eine Art “virtuellen Frühling” zwischen ihnen vorstellen”, sagte Goldenfeld. “Die Stärke der Feder ist ein Maß dafür, wie stark sie sich voneinander angezogen fühlen. Wenn die Feder also schwach ist, brechen die Bienen die Feder schnell ab und gehen weg, vielleicht um eine andere Biene zu finden, mit der sie interagieren können. Wenn die Feder stark ist, bleiben sie vielleicht länger zusammen. Wir nennen diese theoretische Beschreibung ein Minimalmodell, weil es das interessierende Phänomen quantitativ erfassen kann, ohne übermäßigen und unnötigen mikroskopischen Realismus zu erfordern. Nicht-Physiker sind oft überrascht zu erfahren, dass ein detailliertes Verständnis und Vorhersagen mit einem Minimum an beschreibendem Input gemacht werden können”.

Goldenfeld erklärte, dass der mathematische Rahmen für ihre Theorie aus einem Zweig der Physik namens statistische Mechanik stammt, der ursprünglich entwickelt wurde, um Gasatome in einem Behälter zu beschreiben, und der inzwischen auf alle Zustände der Materie, einschließlich lebender Systeme, ausgedehnt wurde. Choi und Goldenfelds Theorie machte korrekte Vorhersagen über den experimentellen Honigbienendatensatz, der zuvor gesammelt wurde.

Aus Neugierde wurde die Theorie dann auf menschliche Datensätze angewandt, wobei sich ähnliche Muster wie beim Honigbienendatensatz zeigten. Choi und Goldenfeld wendeten dann ein wirtschaftliches Maß für die Verteilung von Wohlstand und Einkommen an.

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